Ba phút đầu tiên
Cuốn sách này nói về những phút đầu tiền của sự hình thành vũ trụ, theo thuyết vũ trụ học hiện đại nhất gọi là thuyết " mô hình chuẩn". Nó xuất phát từ thuyết " Vụ nổ lớn" của các nhà bác học Lemaitre và Gamow, nhưng được hiện đại hóa, chính xác hóa sau sự khám phá ra phông bức xạ vũ trụ cực ngắn ở nhiệt độ o kenvin....
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 1
MUÅC LUÅC
LÚÂI GIÚÁI THIÏÅU ........................................................................................................................... 2
LÚÂI TÛÅA CUÃA STEVEN WEINBERG ......................................................................................... 4
MÚÃ ÀÊÌU: NGÛÚÂI KHÖÍNG LÖÌ VAÂ CON BOÂ CAÁI ....................................................................... 8
SÛÅ DAÄN NÚÃ CUÃA VUÄ TRUÅ ......................................................................................................... 15
PHÖNG BÛÁC XAÅ CÛÅC NGÙÆN VUÄ TRUÅ .................................................................................... 43
MÖÅT TOA CHO VUÄ TRUÅ NOÁNG................................................................................................ 71
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN .................................................................................................................. 90
VAÂI TRANG LÕCH SÛÃ KHOA HOÅC ......................................................................................... 107
PHÊÌN TRÙM GIÊY ÀÊÌU TIÏN................................................................................................ 116
PHÊÌN KÏËT: VIÏÎN CAÃNH TRÛÚÁC MÙÆT ................................................................................. 135
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 2
LÚÂI GIÚÁI THIÏÅU
Cuöën saách “Ba phuát àêìu tiïn - Möåt caách nhòn hiïån àaåi vïì
nguöìn göëc vuä truå”
Cuöën saách naây noái vïì nhûäng phuát àêìu tiïn cuãa sûå hònh
thaânh vuä truå, theo thuyïët vuä truå hoåc hiïån àaåi nhêët goåi laâ thuyïët
“mö hònh chuêín”. Noá xuêët phaát tûâ thuyïët “Vuå nöí lúán” cuãa caác nhaâ
baác hoåc Lemaitre vaâ Gamow, nhûng àûúåc hiïån àaåi hoáa, chñnh xaác
hoáa sau sûå khaám phaá ra phöng bûác xaå vuä truå cûåc ngùæn úã nhiïåt àöå 3
kenvin (khoaãng êm 27o àöå C) vaâo nùm 1964 - 1965.
Àêy laâ cöng lao trûåc tiïëp cuãa hai nhaâ baác hoåc Myä Penzias vaâ
Wilson, vaâ hoå àaä àûúåc giaãi thûúãng Nobel nùm 1978 vïì sûå khaám
phaá cûåc kyâ quan troång naây. Nhûng, nhû cuöën saách naây nïu roä, àoá
cuäng laâ cöng lao cuãa möåt têåp thïí khaá lúán caác nhaâ khoa hoåc trong
mêëy chuåc nùm trúâi, trong haâng trùm phoâng thñ nghiïåm, àaâi quan
saát thiïn vùn, nhoám nghiïn cûáu lyá thuyïët, àaä àoáng goáp cho thuyïët
“Vuå nöí lúán” coá àûúåc daång “chuêín” àûúåc nhiïìu ngûúâi cöng nhêån nhû
hiïån nay.
Baãn thên taác giaã, Steven Weinberg, möåt thaânh viïn cuãa Viïån
haân lêm khoa hoåc Myä, möåt nhaâ baác hoåc nöíi tiïëng coá nhiïìu cöëng
hiïën cho vêåt lyá lyá thuyïët, vêåt lyá haåt cú baãn, lyá thuyïët trûúâng, duâ
khöng phaãi trûåc tiïëp laâ möåt nhaâ vuä truå hoåc, nhûng giaán tiïëp àaä
tham gia vaâo cuöåc àêëu tranh cho “mö hònh chuêín” naây. Nùm 1979
Weinberg àaä àûúåc giaãi Nobel vïì vêåt lyá cuâng vúái hai nhaâ baác hoåc
khaác do sûå àoáng goáp cuãa öng vaâo viïåc tòm ra thuyïët thöëng nhêët hai
tûúng taác: tûúng taác yïëu vaâ tûúng taác àiïån tûã.
Cuöën saách naây àûúåc xuêët baãn bùçng tiïëng Viïåt lêìn àêìu nùm
1981. Tûâ àoá àïën nay cuöën saách àaä àûúåc taái baãn nhiïìu lêìn úã nûúác
ngoaâi, song vêîn khöng hïì coá sûãa àöíi gò do tñnh kinh àiïín cuãa noá.
Theo yïu cêìu cuãa àöng àaão baån àoåc yïu thñch khoa hoåc, chuáng töi
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 3
xin trên troång giúái thiïåu baãn in “Ba phuát àêìu tiïn - Möåt caách nhòn
hiïån àaåi vïì nguöìn göëc vuä truå” cuãa Nhaâ xuêët baãn Khoa hoåc vaâ Kyä
thuêåt.
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 4
LÚÂI TÛÅA CUÃA STEVEN WEINBERG
Saách naây àûúåc viïët ra tûâ möåt cuöåc noái chuyïån cuãa töi trong lïî
khaánh thaânh Trung têm khoa hoåc cuãa caác sinh viïn nùm cuöëi úã
Harvard thaáng 11 nùm 1973. Möåt ngûúâi baån chung, Daniel Bell,
àaä kïí laåi cho öng Erwin Glikes, chuã tõch vaâ giaám àöëc cöng ty xuêët
baãn “Saách cú baãn” nghe vïì cuöåc noái chuyïån àoá, vaâ Glikes àaä giuåc
töi biïën noá thaânh möåt cuöën saách.
Àêìu tiïn töi khöng thêåt say mï vúái yá àoá lùæm. Tuy rùçng thónh
thoaãng töi coá tiïën haânh nhûäng cuöåc nghiïn cûáu nhoã vïì vuä truå hoåc,
cöng viïåc cuãa töi dñnh lñu nhiïìu hún àïën vêåt lyá cuãa nhûäng caái rêët
beá nhoã, lyá thuyïët haåt cú baãn. Ngoaâi ra, vêåt lyá haåt cú baãn àaä toã ra
sinh àöång möåt caách laå luâng trong nhûäng nùm cuöëi àêy, vaâ töi àaä
töën quaá nhiïìu thúâi gian khöng phuåc vuå noá, khi viïët nhûäng baâi baáo
khöng chuyïn mön cho nhûäng taåp chñ naây noå. Töi àaä rêët muöën trúã
vïì laâm viïåc toaân böå thúâi giúâ úã chöî sinh söëng tûå nhiïn cuãa töi, laâ
Taåp chñ vêåt lyá.
Tuy nhiïn, töi àaä thêëy laâ khöng thïí ngûâng suy nghô vïì
nhûäng cuöën saách kïí vïì vuä truå sú khai. Coá gò hêëp dêîn hún laâ vêën àïì
“Phaát minh trúâi àêët”? Ngoaâi ra, trong vuä truå sú khai, àùåc biïåt
trong phêìn trùm giêy àêìu tiïn, caác vêën àïì vïì lyá thuyïët haåt cú baãn
gùæn chùåt vúái caác vêën àïì vïì vuä truå hoåc. Vaâ trûúác hïët, bêy giúâ laâ möåt
thúâi àiïím töët àïí viïët vïì vuä truå sú khai. Àuáng trong thêåp niïn vûâa
qua, möåt lyá thuyïët chi tiïët vïì quaá trònh diïîn biïën cuãa caác sûå kiïån
trong vuä truå sú khai àaä àûúåc cöng nhêån röång raäi dûúái tïn “mö hònh
chuêín”.
Thêåt laâ möåt àiïìu tuyïåt vúâi khi ta kïí àûúåc vïì vuä truå sau giêy
àêìu tiïn, hoùåc nùm àêìu tiïn. Àöëi vúái möåt nhaâ vêåt lyá, àiïìu àaáng
phêën khúãi laâ coá thïí kïí vïì caác sûå viïåc vúái nhûäng con söë, laâ coá thïí noái
rùçng úã thúâi àiïím naâo àoá nhiïåt àöå, mêåt àöå hay húåp phêìn hoáa hoåc
cuãa vuä truå àaåt àûúåc nhûäng trõ söë naây noå. Thêåt ra ta khöng hoaân
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 5
toaân thêåt chùæc vïì moåi vêën àïì naây, nhûng cuäng àaáng phêën khúãi laâ
bêy giúâ ta coá thïí noái vïì caác vêën àïì naây vúái möåt chuát tin tûúãng naâo
àoá. Sûå phêën khúãi naây laâ caái maâ töi muöën àûa àïën cho baån àoåc.
Töët hún hïët laâ töi phaãi noái saách naây daânh cho nhûäng baån àoåc
naâo. Töi àaä viïët cho baån àoåc sùén saâng theo doäi vaâi lêåp luêån chi tiïët
nhûng khöng phaãi thêåt am hiïíu toaán hoåc hoùåc vêåt lyá. Mùåc dêìu töi
phaãi àûa vaâo möåt söë yá tûúãng khoa hoåc khaá phûác taåp, song khöng coá
mön toaán hoåc naâo àûúåc duâng trong saách naây ngoaâi söë hoåc maâ baån
àoåc khöng cêìn biïët nhiïìu, thêåm chñ biïët trûúác gò vïì vêåt lyá hoùåc
thiïn vùn. Töi àaä cöë gùæng thêån troång àõnh nghôa caác danh tûâ khoa
hoåc khi duâng chuáng lêìn àêìu, thïm vaâo àêëy töi àaä cung cêëp möåt
baãng tûâ vûång vïì caác danh tûâ vêåt lyá vaâ thiïn vùn. ÚÃ àêu coá thïí
àûúåc, töi àaä viïët caác con söë bùçng chûä (nhû: möåt trùm nghòn triïåu)
maâ khöng duâng caách ghi khoa hoåc tiïån lúåi hún: 10 muä 11.
Tuy nhiïn, nhû vêåy khöng phaãi coá nghôa laâ töi àaä cöë viïët möåt
cuöën saách dïî hiïíu. Khi möåt nhaâ luêåt hoåc viïët cho nhûäng baån àoåc
bònh thûúâng, öng ta giaã thiïët rùçng hoå khöng biïët tiïëng Phaáp vïì
luêåt hoùåc àaåo luêåt “chöëng thûâa hûúãng suöët àúâi”, nhûng öng ta,
khöng phaãi vò vêåy maâ suy nghô tïå hún vïì hoå, vaâ öng khöng “haå cöë”
àïën hoå. Töi muöën noái ngûúåc laåi: töi hònh dung baån àoåc nhû möåt
luêåt sû giaâ khaá tinh khön, öng ta khöng noái ngön ngûä cuãa töi,
nhûng duâ sao cuäng mong àúåi nghe vaâi lêåp luêån coá tñnh thuyïët phuåc
trûúác khi coá yá kiïën caá nhên.
Àöëi vúái baån àoåc muöën thêëy thûåc sûå vaâi pheáp toaán laâm cú súã
cho caác lêåp luêån cuãa cuöën saách naây, töi àaä soaån “Phuå trûúng toaán
hoåc” liïìn sau cuöën saách. Trònh àöå toaán hoåc duâng úã àêy laâm cho caác
chuá thñch naây coá thïí hiïíu àûúåc àöëi vúái bêët cûá ai coá trònh àöå nùm
cuöëi àaåi hoåc vïì möåt khoa hoåc vêåt lyá hoùåc toaán hoåc naâo àoá. May
thay, caác tñnh toaán quan troång nhêët trong vuä truå hoåc laåi coá phêìn
naâo àún giaãn: chó coá úã chöî naây chöî noå caác àiïím tinh tïë hún cuãa
thuyïët tûúng àöëi röång hoùåc cuãa vêåt lyá haåt nhên múái àûúåc duâng
chuát ñt. Nhûäng baån àoåc muöën tiïëp tuåc hiïíu vêën àïì naây úã möåt trònh
àöå cao hún seä tòm àûúåc nhiïìu giaáo trònh trònh àöå cao (kïí caã cuãa töi)
ghi úã muåc “Gúåi yá àoåc thïm”.
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 6
Töi cuäng phaãi noái roä àöëi tûúång cuãa cuöën saách. Àoá chùæc khöng
phaãi laâ möåt cuöën saách noái vïì moåi khña caåch cuãa vuä truå hoåc. Coá möåt
phêìn “cöí àiïín” cuãa vêën àïì, noái nhiïìu nhêët vïì cêëu truác cuãa vuä truå
hiïån nay úã quy mö lúán: cuöåc tranh luêån vïì baãn chêët ngoaâi thiïn haâ
cuãa caác tinh vên xoùæn öëc; sûå khaám phaá ra caác dõch chuyïín àoã cuãa
caác thiïn haâ xa vaâ sûå phuå thuöåc cuãa caác dõch chuyïín àoá vaâo
khoaãng caách; caác mö hònh vuä truå hoåc theo thuyïët tûúng àöëi röång
cuãa Einstein, de Sitter, Lemaitre vaâ Friedmann; vaâ v. v... Phêìn
naây cuãa vuä truå hoåc àaä àûúåc mö taã rêët hay úã möåt söë saách xuêët sùæc,
vaâ töi khöng coá yá thuêåt laåi àêìy àuã möåt lêìn nûäa vïì phêìn naây úã àêy.
Cuöën saách naây noái vïì vuä truå sú khai, vaâ àùåc biïåt vïì sûå hiïíu biïët
múái vïì vuä truå sú khai dêëy lïn tûâ khi khaám phaá ra phöng xa cûåc
ngùæn vuä truå nùm 1965.
Cöë nhiïn, thuyïët vuä truå giaän núã laâ möåt thaânh phêìn quan
troång trong caách nhòn cuãa ta hiïån nay vïì vuä truå sú khai, cho nïn úã
chûúng II, töi àaä buöåc phaãi giúái thiïåu ngùæn goån vïì caác khña caånh
“cöí àiïín” cuãa vuä truå hoåc. Töi tin rùçng chûúng àoá àaä cung cêëp möåt
cú súã thñch húåp, duâ laâ cho baån àoåc khöng quen biïët vuä truå hoåc àïí
hiïíu caác phaát triïín gêìn àêy trong thuyïët vïì vuä truå sú khai maâ
phêìn coân laåi cuãa cuöën saách baân àïën. Tuy nhiïn, baån àoåc muöën möåt
sûå giúái thiïåu àêìy àuã nhûäng phêìn cöí hún cuãa vuä truå hoåc thò xin xem
caác saách ghi trong “Gúåi yá àoåc thïm”.
Mùåt khaác, töi àaä khöng tòm ra àûúåc möåt baãn tûúâng thuêåt lõch
sûã naâo coá hïå thöëng vïì caác phaát triïín gêìn àêy cuãa vuä truå hoåc. Do àoá
töi àaä buöåc phaãi ài sêu hún möåt chuát, àùåc biïåt vïì möåt vêën àïì hêëp
dêîn laâ taåi sao khöng coá sûå tòm kiïëm naâo vïì phöng bûác xaå cûåc ngùæn
cuãa vuä truå nhiïìu nùm trûúác 1965. (Àiïìu naây àûúåc thaão luêån úã
chûúng VI). Nhû vêåy khöng phaãi àïí noái rùçng töi coi saách naây laâ
möåt cuöën lõch sûã coá tñnh chêët dûát àiïím vïì caác phaát triïín àoá - töi rêët
tön troång sûå cöë gùæng tòm hiïíu vaâ sûå chuá yá àïën caác chi tiïët cêìn thiïët
trong lõch sûã khoa hoåc nïn khöng thïí coá möåt aão tûúãng naâo vïì viïåc
naây. Traái laåi, töi seä haånh phuác nïëu möåt nhaâ sûã hoåc vaâ khoa hoåc
thêåt sûå naâo àoá seä duâng saách naây nhû möåt àiïím xuêët phaát vaâ viïët
möåt cuöën lõch sûã àêìy àuã vïì ba mûúi nùm cuöëi àêy cuãa caác nghiïn
cûáu vuä truå hoåc.
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 7
Töi hïët sûác caãm ún Erwin Glikes vaâ Farrell Phillips cuãa cöng
ty “Saách cú baãn” vïì caác gúåi yá coá giaá trõ cuãa hai öng trong khi chuêín
bõ baãn thaão naây àïí xuêët baãn. Töi cuäng àaä àûúåc giuáp nhiïìu hún laâ
töi coá thïí noái ra khi viïët cuöën saách naây, búãi vò nhûäng gúåi yá thên
thiïån cuãa caác baån àöìng nghiïåp cuãa töi vïì vêåt lyá vaâ thiïn vùn. Töi
muöën àùåc biïåt caãm ún Ralph Alpher, Bernard Burke, Robert
Dicke, George Field, Gary Feinberg, William Fowler, Robert
Herman, Fred Hoyle, Jim Peebles, Arno Penzias, Bill Press, Ed
Purcell vaâ Robert Wagoner vïì viïåc caác öng bêån têm àoåc vaâ phaát
biïíu vïì caác phêìn cuãa cuöën saách. Töi cuäng caãm ún Isaac Asimov, I.
Bernard Cohen, Martha Liller vaâ Phillips Morrison vò àaä cho
thöng tin vïì möåt loaåt vêën àïì àùåc biïåt. Töi àùåc biïåt biïët ún Nigel
Calder vò àaä àoåc suöët baãn thaão àêìu tiïn, vaâ àaä cho nhûäng lúâi bònh
luêån xaác àaáng. Töi khöng thïí hy voång rùçng cuöën saách naây bêy giúâ
hoaân toaân khöng coá nhûäng chöî sai hoùåc töëi nghôa, nhûng töi chùæc
laâ noá roä vaâ chñnh xaác hún nhiïìu so vúái trûúâng húåp nïëu noá khöng
àûúåc sûå giuáp àúä röång lûúång maâ töi àaä may mùæn nhêån àûúåc.
Steven Weinberg
Cambridge, Massachusetts
Thaáng 7/1976
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 8
MÚÃ ÀÊÌU: NGÛÚÂI KHÖÍNG LÖÌ VAÂ CON BOÂ CAÁI
Trong suöët phêìn lúán lõch sûã vêåt lyá hoåc, thiïn vùn hoåc hiïån
àaåi, roä raâng laâ àaä khöng coá möåt cú súã quan saát vaâ lyá thuyïët vûäng
vaâng àïí dûåa vaâo àêëy ngûúâi ta coá thïí xêy dûång möåt lõch sûã vuä truå sú
khai. Bêy giúâ, àiïìu àoá àaä thay àöíi. Möåt thuyïët vuä truå sú khai àaä
àûúåc cöng nhêån röång raäi àïën mûác caác nhaâ thiïn vùn thûúâng goåi noá
laâ “mö hònh chuêín”.
Nguöìn göëc vuä truå àûúåc giaãi thñch trong saách “Edda treã”, möåt
sûu têåp truyïån thêìn thoaåi maâ nhaâ töåc trûúãng Aixúlen Snorri
Sturleson àaä sûu têìm vaâo khoaãng nùm 1220. Thuãa sú khai - saách
cuãa Edda viïët - khöng coá gò caã. “Khöng tòm thêëy àêët, phña trïn
cuäng khöng coá trúâi, chó coá möåt khoaãng tröëng lúán kinh khuãng, vaâ
khöng àêu coá coã”. Phña bùæc vaâ phña nam cuãa khoaãng khöng tröëng
röîng laâ nhûäng vuâng cuãa giaá reát vaâ lûãa, Niflheim vaâ Muspelheim.
Sûác noáng tûâ vuâng Muspelheim laâm tan caác khöëi bùng giaá cuãa
Niflheim vaâ tûâ caác haåt nûúác möåt ngûúâi khöíng löì xuêët hiïån, Ymer.
Thïë thò Ymer ùn gò? Hònh nhû trong truyïån cuäng coá möåt con boâ caái
tïn laâ Audhumla. Thïë thò noá ùn gò? Khöng sao, cuäng coá möåt ñt
muöëi, v. v...vaâ v. v...
Töi khöng muöën laâm mïëch loâng nhûäng ai coá thiïån caãm tön
giaáo, kïí caã coá thiïån caãm vúái tñn ngûúäng Viking (Viking: tïn goåi
nhûäng tïn cûúáp biïín Scanàinavia thuúã xûa (ND).), nhûng töi cho
rùçng cuäng àuáng khi noái rùçng cêu chuyïån trïn khöng cho chuáng ta
möåt hònh aãnh thoãa maän lùæm vïì nguöìn göëc vuä truå. Duâ boã qua moåi
àiïìu hïët sûác traái vúái nhûäng chuyïån dô nhiïn, thöng thûúâng, cêu
chuyïån naây vêîn laâm naãy sinh nhûäng cêu hoãi nhiïìu bùçng nhûäng
vêën àïì noá giaãi àaáp, möîi sûå giaãi àaáp laåi dêîn àïën möåt àiïìu phûác taåp
múái cho caác àiïìu kiïån ban àêìu.
Chuáng ta khöng thïí chó móm cûúâi khi nghe chuyïån Edda vaâ
khûúác tûâ toaân böå sûå suy àoaán vïì nguöìn göëc vuä truå, loâng ham muöën
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 9
tòm hiïíu lõch sûã vuä truå kïí tûâ buöíi sú khai cuãa noá thûåc khöng gò
ngùn caãn àûúåc. Tûâ luác khoa hoåc hiïån àaåi bùæt àêìu, úã nhûäng thïë kyã
16 vaâ 17, caác nhaâ vêåt lyá, thiïn vùn àaä nhiïìu lêìn trúã vïì nguöìn göëc
vuä truå.
Tuy nhiïn, quanh möåt loaåi nghiïn cûáu nhû vêåy luön luön
phaãng phêët nhûäng àiïìu tai tiïëng. Töi nhúá laåi luác töi coân laâ möåt
sinh viïn vaâ khi àoá tûå bùæt àêìu nghiïn cûáu khoa hoåc (vïì nhûäng vêën
àïì khaác) trong nhûäng nùm 1950, nghiïn cûáu vïì vuä truå sú khai bõ
nhiïìu ngûúâi coi khöng phaãi laâ möåt cöng viïåc maâ möåt nhaâ khoa hoåc
àûáng àùæn phaãi àïí nhiïìu thúâi giúâ vaâo àêëy. Sûå àaánh giaá nhû vêåy
cuäng khöng phaãi vö cùn cûá. Trong suöët phêìn lúán lõch sûã vêåt lyá hoåc,
thiïn vùn hoåc hiïån àaåi, roä raâng laâ àaä khöng coá möåt cú súã quan saát
vaâ lyá thuyïët vûäng vaâng àïí dûåa vaâo àêëy ngûúâi ta coá thïí xêy dûång
möåt lõch sûã vuä truå sú khai.
Bêy giúâ, àuáng trong 10 nùm qua, àiïìu àoá àaä thay àöíi. Möåt
thuyïët vuä truå sú khai àaä àûúåc cöng nhêån röång raäi àïën mûác caác nhaâ
thiïn vùn thûúâng goåi noá laâ “mö hònh chuêín”. Noá möåt phêìn naâo
giöëng caái maâ àöi khi àûúåc goåi laâ thuyïët “vuå nöí lúán”, nhûng àûúåc böí
sung möåt toa (úã àêy chuáng töi dõch “recipe” laâ “toa” àïí giûä àuáng
caách noái hoám hónh cuãa taác giaã. Coân coá thïí dõch laâ “cöng thûác” hoùåc
“àún” (ND).) roä raâng hún rêët nhiïìu vïì caác thaânh phêìn cuãa vuä truå.
Thuyïët vïì vuä truå sú khai naây laâ àïì taâi cuöën saách cuãa chuáng ta.
Àïí thêëy àûúåc ta seä ài túái àêu, coá thïí cêìn bùæt àêìu vúái möåt
àoaån toám tùæt lõch sûã vuä truå sú khai nhû àûúåc hiïíu trong “mö hònh
chuêín” hiïån nay. Àêy chó laâ möåt sûå lûúát qua ngùæn goån - caác chûúng
tiïëp theo seä giaãi thñch caác chi tiïët cuãa lõch sûã naây vaâ caác lyá do
khiïën ta tin vaâo noá phêìn naâo.
Luác àêìu àaä xaãy ra möåt vuå nöí. Khöng phaãi möåt vuå nöí nhû
thûúâng xaãy ra trïn traái àêët, bùæt àêìu tûâ möåt trung têm nhêët àõnh
vaâ lan truyïìn ra caác vuâng xung quanh möîi luác möåt xa, maâ laâ möåt
vuå nöí xaãy ra àöìng thúâi úã bêët cûá àiïím naâo, lêëp àêìy toaân böå khöng
gian ngay tûâ àêìu, trong àoá möîi haåt vêåt chêët àïìu rúâi xa caác haåt
khaác. “Toaân böå khöng gian” úã àêy coá thïí hiïíu hoùåc laâ toaân böå
khöng gian cuãa möåt vuä truå vö haån hoùåc cuãa möåt vuä truå hûäu haån,
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 10
noá tûå kheáp kñn nhû bïì mùåt möåt hònh cêìu. Caã hai khaã nùng àïìu
khöng phaãi dïî hiïíu, nhûng viïåc àoá khöng caãn trúã gò ta; trong vuä
truå sú khai, viïåc khöng gian laâ hûäu haån hay vö haån hêìu nhû khöng
quan troång.
Sau khoaãng 1/100 giêy, thúâi gian súám nhêët maâ ta coá thïí
tûúâng thuêåt vúái möåt trùm nghòn triïåu (10 muä 11) àöå baách phên
(Trong saách, taác giaã duâng khi thò àöå baách phên cho dïî hiïíu, khi thò
àöå Kelvin. Thûåc ra, phaãi duâng àún võ “kenvin” thay àöå baách phên
hoùåc àöå Kelvin (ND).). Nhû vêåy laâ noáng hún nhiïìu so vúái úã trung
têm cuãa möåt vò sao noáng nhêët, noáng àïën nöîi thûåc ra khöng coá
thaânh phêìn naâo cuãa vêåt chêët bònh thûúâng, phên tûã, nguyïn tûã
hoùåc duâ laâ haåt nhên cuãa nguyïn tûã coá thïí baám vaâo nhau àûúåc.
Thay vaâo àoá, vêåt chêët rúâi xa nhau trong vuå nöí naây göìm coá nhûäng
loaåi haåt cú baãn khaác nhau, caác haåt naây laâ àöëi tûúång nghiïn cûáu cuãa
vêåt lyá haåt nhên nùng lûúång cao hiïån àaåi.
Chuáng ta seä gùåp nhûäng haåt àoá nhiïìu lêìn trong saách naây -
hiïån giúâ chó cêìn goåi tïn caác haåt coá mùåt nhiïìu nhêët trong vuä truå sú
khai, vaâ trong caác chûúng III vaâ IV seä coá nhûäng giaãi thñch chi tiïët
hún. Möåt loaåi haåt rêët phöí biïën luác àoá laâ electron, haåt mang àiïån
êm chaåy trong caác dêy dêîn àiïån vaâ taåo nïn caác lúáp voã cuãa moåi
nguyïn tûã vaâ phên tûã trong vuä truå hiïån nay. Möåt loaåi haåt khaác
cuäng coá rêët nhiïìu trong caác buöíi sú khai laâ pozitron, möåt loaåi haåt
mang àiïån dûúng cuâng möåt khöëi lûúång nhû electron. Trong vuä truå
hiïån nay pozitron chó àûúåc tòm thêëy trong caác phoâng thñ nghiïåm
nùng lûúång cao, trong möåt vaâi kiïíu phoáng xaå vaâ trong nhûäng hiïån
tûúång thiïn vùn cûåc maånh nhû caác tia vuä truå vaâ sao siïu múái,
nhûng trong vuä truå sú khai, söë lûúång pozitron àuáng bùçng söë lûúång
electron. Ngoaâi electron vaâ pozitron luác àoá coân coá nhûäng loaåi
neutrino, söë lûúång cuäng gêìn bùçng nhû vêåy, nhûäng haåt “ma” mang
khöëi lûúång vaâ àiïån tñch bùçng khöng. Cuöëi cuâng, vuä truå luác àoá chûáa
àêìy aánh saáng. Khöng àûúåc xem xeát aánh saáng taách rúâi vúái caác haåt.
Thuyïët lûúång tûã cho ta biïët rùçng aánh saáng göìm nhûäng haåt khöëi
lûúång bùçng khöng, àiïån tñch bùçng khöng, goåi laâ photon. (Möîi lêìn
möåt nguyïn tûã trong dêy toác boáng àeân àiïån chuyïín tûâ möåt traång
thaái nùng lûúång cao àïën möåt traång thaái nùng lûúång thêëp hún thò
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 11
möåt photon àûúåc phaát ra). Söë photon àûúåc phaát ra tûâ möåt boáng
àiïån nhiïìu àïën nöîi chuáng dûúâng nhû laâ nhêåp vúái nhau thaânh möåt
luöìng aánh saáng liïn tuåc, nhûng möåt tïë baâo quang àiïån coá thïí àïëm
tûâng photon möåt. Möîi photon mang möåt lûúång nùng lûúång vaâ xung
lûúång xaác àõnh, phuå thuöåc vaâo bûúác soáng aánh saáng. Àïí mö taã aánh
saáng àaä traân ngêåp vuä truå sú khai, chuáng ta coá thïí noái rùçng söë
lûúång vaâ nùng lûúång trung bònh cuãa caác photon luác àoá xêëp xó bùçng
söë lûúång vaâ nùng lûúång trung bònh cuãa caác electron, pozitron hoùåc
neutrino.
Caác haåt àoá - electron, pozitron, neutrino, photon - àaä àûúåc
taåo nïn möåt caách liïn tuåc tûâ nùng lûúång thuêìn tuáy vaâ röìi sau
nhûäng khoaãnh khùæc töìn taåi laåi bõ huãy diïåt. Nhû vêåy, söë lûúång cuãa
chuáng khöng phaãi laâ àaä àûúåc àõnh ngay tûâ àêìu, maâ thay vaâo àoá
àûúåc cöë àõnh bùçng sûå cên bùçng- giûäa caác quaá trònh sinh vaâ huãy. Tûâ
sûå cên bùçng naây ta coá thïí suy ra rùçng mêåt àöå thûá xuáp (Chuáng töi
dõch “cosmic soup” laâ xuáp vuä truå (möåt moán “hêíu löën” vuä truå) àïí giûä
caách noái hoám hónh cuãa taác giaã (ND).) vuä truå àoá úã nhiïåt àöå möåt trùm
nghòn triïåu àöå, lúán gêëp khoaãng böën nghòn triïåu lêìn mêåt àöå cuãa
nûúác. Luác àoá cuäng coá pha möåt söë ñt haåt nùång hún, caác proton vaâ
neutron, maâ trong thïë giúái hiïån nay laâ nhûäng thaânh phêìn cuãa caác
haåt nhên nguyïn tûã. (Proton mang àiïån tñch dûúng, neutron nùång
hún möåt ñt vaâ trung hoâa vïì àiïån). Tyã lïå luác àoá vaâo khoaãng möåt
proton vaâ möåt neutron trïn möîi nghòn triïåu electron hoùåc pozitron
hoùåc neutrino hoùåc photon. Con söë àoá - möåt nghòn triïåu photon
trïn möîi haåt nhên - laâ con söë quyïët àõnh cêìn phaãi ruát ra tûâ quan
saát àïí taåo ra mö hònh chuêín cuãa vuä truå. Sûå phaát hiïån ra phöng bûác
xaå vuä truå àûúåc thaão luêån úã chûúng III thûåc ra laâ möåt pheáp ào con
söë àoá.
Khi vuå nöí tiïëp tuåc thò nhiïåt àöå haå xuöëng túái ba mûúi nghòn
triïåu (3. 10 muä 10) àöå C sau khoaãng möåt phêìn mûúâi giêy; mûúâi
nghòn triïåu àöå sau möåt giêy vaâ ba nghòn triïåu àöå sau 14 giêy. Nhû
vêåy àuã laånh àïí electron vaâ pozitron bùæt àêìu bõ huãy vúái nhau nhanh
hún laâ coá thïí àûúåc taái sinh tûâ photon vaâ neutrino. Nùng lûúång àûúåc
giaãi phoáng trong sûå huãy vêåt chêët taåm thúâi laâm giaãm töëc àöå laånh
dêìn cuãa vuä truå, nhûng nhiïåt àöå tiïëp tuåc giaãm, cuöëi cuâng ài àïën möåt
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 12
nghòn triïåu àöå sau ba phuát àêìu tiïn. Luác àoá àuã laånh àïí photon vaâ
neutron bùæt àêìu taåo thaânh caác haåt nhên phûác taåp, bùæt àêìu laâ haåt
nhên cuãa hydro nùång (hay àúteri) noá göìm möåt proton vaâ möåt
neutron. Mêåt àöå luác àoá haäy coân khaá cao (húi nhoã hún mêåt àöå cuãa
nûúác), cho nïn caác haåt nhên nheå àoá coá thïí húåp laåi vúái nhau möåt
caách nhanh choáng thaânh haåt nhên nheå bïìn nhêët, haåt nhên cuãa
heli, göìm hai photon vaâ hai neutron.
Sau ba phuát àêìu tiïn, vuä truå göìm chuã yïëu aánh saáng,
neutrino vaâ phaãn neutrino. Luác àoá vêîn coân chuát ñt chêët haåt nhên,
göìm coá khoaãng 73 % hydro vaâ 27 % heli vaâ möåt söë, cuäng ñt nhû
vêåy, electron coân laåi tûâ quaá trònh huãy electron vaâ pozitron. Vêåt
chêët àoá tiïëp tuåc rúâi xa nhau, caâng ngaây caâng laånh hún, loaäng hún.
Maäi lêu sau, sau möåt vaâi trùm nghòn nùm múái bùæt àêìu àuã laånh àïí
cho electron kïët húåp vúái haåt nhên thaânh nguyïn tûã hydro vaâ heli.
Chêët khñ àûúåc hònh thaânh seä bùæt àêìu, dûúái aãnh hûúãng cuãa lûåc hêëp
dêîn, taåo nïn nhûäng khöëi kïët maâ sau naây seä ngûng tuå laåi, taåo ra caác
thiïn haâ vaâ caác ngöi sao cuãa vuä truå hiïån nay. Tuy nhiïn, nhûäng
thaânh phêìn maâ caác ngöi sao duâng àïí bùæt àêìu àúâi söëng cuãa chuáng
cuäng chó laâ nhûäng thaânh phêìn àûúåc taåo ra trong ba phuát àêìu tiïn.
Mö hònh chuêín àûúåc phaác hoåa ra trïn àêy khöng phaãi laâ
thuyïët thoãa maän nhêët maâ ta coá thïí tûúãng tûúång àûúåc vïì nguöìn göëc
vuä truå. Cuäng nhû trong saách “Edda treã” coá möåt sûå mú höì àaáng lo
ngaåi vïì chñnh luác bùæt àêìu, vïì phêìn giêy àêìu tiïn - hoùåc hún keám
möåt ñt.
Ngoaâi ra viïåc cêìn quy àõnh caác àiïìu kiïån ban àêìu, àùåc biïåt tyã
lïå möåt nghòn triïåu photon trïn möåt haåt nhên cuäng khöng àûúåc tûå
nhiïn lùæm. Chuáng ta thñch möåt sûå thuyïët trònh coá lögic chùåt cheä
hún.
Vñ duå möåt thuyïët khaác coá veã hêëp dêîn vïì mùåt triïët hoåc hún
nhiïìu, laâ mö hònh traång thaái dûâng. Trong thuyïët àûúåc Herman
Bondi, Thomas Gold (dûúái möåt daång húi khaác) vaâ Fred Hoyle àûa
ra trong nhûäng nùm cuöëi cuãa thêåp niïn 40 naây, vuä truå àaä luön
luön töìn taåi nhû hiïån nay. Khi noá giaän ra, vêåt chêët “múái” àûúåc taåo
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 13
thaânh möåt caách liïn tuåc àïí lêëp caác khoaãng tröëng giûäa caác thiïn haâ.
Coá thïí laâ moåi cêu hoãi vïì viïåc taåi sao vuä truå laâ nhû thïë naây coá thïí
àûúåc giaãi àaáp trong thuyïët naây bùçng caách chó ra rùçng noá nhû thïë
àoá vò àêëy laâ caách duy nhêët àïí noá luön luön laâ khöng àöíi. Vêën àïì vuä
truå sú khai bõ loaåi trûâ: khöng coá vuä truå sú khai .
Vêåy thò taåi sao chuáng ta laåi ài àïën “mö hònh chuêín”? Vaâ taåi
sao noá àaä thay thïë caác thuyïët khaác nhû “mö hònh traång thaái
dûâng”? Àêy laâ möåt àiïím àaáng khêm phuåc vïì tñnh khaách quan cuãa
vêåt lyá thiïn vùn hiïån àaåi, rùçng sûå nhêët trñ àaä àaåt àûúåc naây khöng
phaãi do nhûäng sûå thay àöíi thiïn vïì triïët hoåc hoùåc do aãnh hûúãng
cuãa nhûäng “öng quan” cuãa vêåt lyá thiïn vùn maâ laâ do aáp lûåc cuãa
nhûäng söë liïåu thûåc nghiïåm.
Hai chûúng tiïëp theo àêy seä mö taã hai sûå kiïån lúán maâ caác
quan saát thiïn vùn àaä cung cêëp, chuáng àaä dêîn ta àïën “mö hònh
chuêín” - caác phaát hiïån vïì sûå luâi xa cuãa caác thiïn haâ úã xa xùm vaâ vïì
möåt phöng bûác xaå yïëu chûáa àêìy trong vuä truå. Àêy laâ möåt cêu
chuyïån phong phuá cho caác nhaâ nghiïn cûáu lõch sûã khoa hoåc, noá
chûáa àêìy nhûäng bûúác ài ban àêìu sai lïåch, nhûäng dõp may àaä bõ boã
lúä, nhûäng àõnh kiïën lyá thuyïët vaâ vai troâ cuãa nhûäng nhên vêåt quan
troång.
Sau sûå trònh baây sú lûúåc àoá vïì vuä truå hoåc quan saát, töi seä cöë
gùæng sùæp xïëp caác söë liïåu laåi vúái nhau àïí coá möåt bûác tranh nhêët
quaán vïì caác àiïìu kiïån vêåt lyá trong vuä truå sú khai. Nhû vêåy ta coá
thïí quay laåi ba phuát àêìu tiïn vúái nhiïìu chi tiïët hún. Caách trònh
baây theo nghïå thuêåt àiïån aãnh coá veã thñch húåp: caãnh naây tiïëp theo
caãnh khaác, chuáng ta seä quan saát vuä truå giaän núã vaâ laånh dêìn.
Chuáng ta cuäng coá thïí thûã nhòn möåt chuát vaâo möåt thúâi àaåi maâ hiïån
nay vêîn bao phuã búãi möåt bûác maân bñ mêåt - caái phêìn trùm giêy àêìu
tiïn vaâ caái gò àaä xaãy ra trûúác àoá.
Chuáng ta coá thïí hoaân toaân tin chùæc vaâo mö hònh chuêín
khöng? Nhûäng phaát hiïån múái naâo àoá coá thïí àaánh àöí noá vaâ thay
bùçng möåt thuyïët “nguöìn göëc vuä truå” khaác naâo àoá, kïí caã laâm söëng
laåi mö hònh traång thaái dûâng hay khöng? Cuäng coá thïí. Töi khöng
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 14
thïí chöëi rùçng töi coá möåt caãm giaác khöng thêåt khi viïët vïì ba phuát
àêìu tiïn, nhû thïí laâ töi àaä biïët chùæc vïì cêu chuyïån töi muöën noái.
Tuy nhiïn, duâ phaãi bõ thay thïë, mö hònh chuêín seä àûúåc coi laâ
àaä àoáng möåt vai troâ coá giaá trõ lúán trong lõch sûã cuãa vuä truå hoåc. Hiïån
nay ngûúâi ta àaä coi troång (tuy rùçng múái chó mûúâi nùm gêìn àêy
thöi) viïåc thûã nghiïåm caác yá tûúãng lyá thuyïët trong vêåt lyá hoùåc vêåt lyá
thiïn vùn bùçng caách ruát ra caác hïå quaã cuãa chuáng theo mö hònh
chuêín. Hiïån nay ngûúâi ta thûúâng duâng mö hònh chuêín nhû möåt cú
súã lyá thuyïët àïí biïån höå cho nhûäng chûúng trònh quan saát thiïn
vùn. Nhû vêåy, mö hònh chuêín cho möåt ngön ngûä chung cêìn thiïët,
cho pheáp caác nhaâ lyá thuyïët vaâ quan saát àaánh giaá àûúåc cöng viïåc
cuãa nhau. Nïëu möåt ngaây naâo àoá mö hònh chuêín bõ thay thïë búãi möåt
lyá thuyïët töët hún, àoá coá thïí laâ do nhûäng quan saát hay xuêët phaát tûâ
mö hònh chuêín.
Trong chûúng cuöëi, töi seä noái möåt àoaån ngùæn vïì tûúng lai vuä
truå. Noá coá thïí giaän núã maäi maäi, ngaây caâng laånh hún, tröëng röîng
hún vaâ “chïët” hún. Ngûúåc laåi, noá coá thïí co heåp laåi, laâm cho caác
thiïn haâ, caác ngöi sao vaâ haåt nhên nguyïn tûã nöí tung vaâ trúã vïì caác
húåp phêìn cuãa noá. Têët caã caác vêën àïì chuáng ta gùåp khi chuáng ta
muöën hiïíu ba phuát luác àoá seä xuêët hiïån trúã laåi khi ta muöën tiïn
àoaán caác sûå kiïån seä xaãy ra trong ba phuát cuöëi.
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 15
SÛÅ DAÄN NÚÃ CUÃA VUÄ TRUÅ
Nhòn vaâo bêìu trúâi ban àïm, ta coá caãm giaác maånh meä vïì möåt
vuä truå khöng biïën àöång. Thûåc ra, nhûäng àaám mêy bay qua mùåt
trùng, bêìu trúâi xoay quanh sao Bùæc àêíu vaâ sau nhûäng khoaãng thúâi
gian daâi hún thò mùåt trùng cuäng khi troân khi khuyïët, vaâ mùåt trùng
cuäng nhû caác haânh tinh àïìu chuyïín àöång trïn phöng caác vò sao.
Nhûng chuáng ta biïët àêy chó laâ hiïån tûúång cuåc böå, do caác chuyïín
àöång trong thaái dûúng hïå cuãa chuáng ta gêy ra. Ngoaâi caác haânh
tinh ra, caác ngöi sao dûúâng nhû àûáng yïn.
Cöë nhiïn, sao cuäng chuyïín àöång vúái nhûäng töëc àöå àaåt vaâi
trùm kilömet möîi giêy, nhû vêåy trong möåt nùm, möåt ngöi sao
chuyïín àöång nhanh coá thïí ài mûúâi nghòn triïåu kilömet. Àêëy laâ möåt
khoaãng möåt nghòn lêìn nhoã hún khoaãng caách àïën nhûäng ngöi sao
duâ laâ gêìn nhêët, cho nïn võ trñ biïíu kiïën cuãa chuáng trïn bêìu trúâi
thay àöíi rêët chêåm. (Vñ duå ngöi sao chuyïín àöång tûúng àöëi nhanh,
goåi laâ Barnard úã caách ta möåt khoaãng chûâng 56 triïåu triïåu kilömet.
Noá chuyïín àöång qua àûúâng nhòn vúái töëc àöå 89 km/s hoùåc 2,8 nghòn
triïåu kilömet möîi nùm, kïët quaã laâ võ trñ biïíu kiïën cuãa noá thay àöíi
möåt goác bùçng 0,0029 àöå trong möåt nùm). Caác nhaâ thiïn vùn goåi sûå
thay àöíi võ trñ biïíu kiïën cuãa nhûäng ngöi sao gêìn trïn bêìu trúâi laâ
“chuyïín àöång riïng”.
Võ trñ biïíu kiïën trïn bêìu trúâi cuãa nhûäng ngöi sao xa hún thay
àöíi chêåm àïën mûác chuyïín àöång riïng cuãa chuáng khöng thïí phaát
hiïån àûúåc thêåm chñ bùçng sûå quan saát kiïn nhêîn nhêët. ÚÃ àêy chuáng
ta seä thêëy rùçng caái caãm giaác khöng biïën àöång naây laâ sai lêìm. Caác
quan saát maâ chuáng ta thaão luêån trong chûúng naây cho thêëy laâ vuä
truå úã trong möåt traång thaái nöí dûä döåi, trong àoá caác àaão sao lúán goåi laâ
caác thiïn haâ àang rúâi xa nhau vúái nhûäng töëc àöå gêìn bùçng töëc àöå
aánh saáng. Sau naây chuáng ta coá thïí ngoaåi suy sûå nöí àoá luâi vïì thúâi
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 16
gian àïí kïët luêån rùçng têët caã caác thiïn haâ chùæc àaä phaãi gêìn nhau
hún nhiïìu úã cuâng möåt luác trong quaá khûá - gêìn nhau àïën mûác maâ
thûåc ra khöng coá thiïn haâ naâo hoùåc vò sao naâo hoùåc kïí caã nguyïn
tûã hay haåt nhên nguyïn tûã naâo coá thïí töìn taåi riïng biïåt. Àoá laâ kyã
nguyïn maâ chuáng ta goåi laâ “vuä truå sú khai”, àöëi tûúång nghiïn cûáu
cuãa cuöën saách naây.
Sûå hiïíu biïët cuãa chuáng ta vïì sûå giaän núã cuãa vuä truå hoaân toaân
dûåa trïn sûå kiïån laâ caác nhaâ thiïn vùn coá khaã nùng ào chuyïín àöång
cuãa möåt vêåt thïí saáng theo hûúáng trûåc tiïëp doåc theo àûúâng nhòn
chñnh xaác hún rêët nhiïìu so vúái khi ào chuyïín àöång àoá theo nhûäng
hûúáng vuöng goác vúái àûúâng nhòn. Kyä thuêåt ào duâng möåt tñnh chêët
quen thuöåc cuãa moåi chuyïín àöång soáng, goåi laâ hiïåu ûáng Doppler.
Khi ta quan saát möåt soáng êm hoùåc soáng aánh saáng tûâ möåt nguöìn
bêët àöång, thúâi gian giûäa caác àónh soáng khi chuáng àïën àûúåc thiïët bõ
quan saát cuãa ta cuäng àuáng laâ thúâi gian giûäa caác àónh soáng khi
chuáng rúâi khoãi nguöìn. Mùåt khaác, nïëu nguöìn chuyïín àöång taách khoãi
chuáng ta thò thúâi gian giûäa caác lêìn túái cuãa nhûäng àónh soáng liïn
tiïëp lúán hún thúâi gian giûäa nhûäng luác chuáng rúâi khoãi nguöìn, vò möîi
àónh sau khi túái chöî ta phaãi ài möåt quaäng àûúâng daâi hún möåt chuát
so vúái àónh trûúác. Thúâi gian giûäa caác àónh chñnh bùçng bûúác soáng
chia cho töëc àöå cuãa soáng, nhû vêåy möåt soáng phaát ra búãi möåt nguöìn
chuyïín àöång ra xa khoãi ta seä hònh nhû coá möåt bûúác soáng daâi hún so
vúái khi nguöìn àûáng yïn. (Cuå thïí àöå tùng tyã àöëi cuãa bûúác soáng bùçng
tó söë giûäa töëc àöå nguöìn soáng vaâ töëc àöå cuãa soáng, nhû àûúåc chó ra
trong chuá thñch toaán hoåc 1). Cuäng nhû vêåy, nïëu nguöìn chuyïín
àöång vïì phña ta, thúâi gian giûäa nhûäng lêìn xuêët hiïån cuãa hai àónh
soáng giaãm ài búãi vò möîi àónh soáng kïë tiïëp ài möåt quaäng àûúâng
ngùæn hún vaâ soáng hònh nhû coá möåt bûúác soáng ngùæn hún. Àiïìu naây
giöëng nhû thïí möåt ngûúâi baán haâng lûu àöång muöën gûãi thû vïì nhaâ
möåt caách àïìu àùån, möîi tuêìn möåt lêìn suöët trong chuyïën ài cuãa
mònh: khi ngûúâi àoá ài xa nhaâ, möîi thû tiïëp sau seä phaãi ài möåt
khoaãng caách xa hún thû trûúác, cho nïn caác bûác thû cuãa ngûúâi àoá seä
àïën caách nhau hún möåt tuêìn; trïn àûúâng trúã vïì, möîi thû tiïëp sau
seä ài möåt khoaãng caách ngùæn hún nïn caác bûác thû àïën caách nhau
chûa àêìy möåt tuêìn.
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 17
Hiïån nay rêët dïî quan saát hiïåu ûáng Doppler trïn soáng êm.
Chó cêìn àûáng bïn àûúâng caái vaâ nhêån xeát rùçng àöång cú cuãa möåt xe ö
tö chaåy nhanh phaát ra êm thanh cao hún (nghôa laâ coá bûúác soáng
ngùæn hún) khi chiïëc ö tö lao vïì phña ta so vúái khi chiïëc ö tö chaåy
khoãi ta. Hiïåu ûáng naây àûúåc Johann Christian Doppler, giaáo sû
toaán hoåc trûúâng Realschule úã Praha nïu ra lêìn àêìu tiïn cho caã
soáng êm vaâ soáng aánh saáng nùm 1842. Hiïåu ûáng Doppler cho soáng
êm àûúåc nhaâ khñ tûúång hoåc Haâ Lan Buys - Ballot thûã nghiïåm
trong möåt thñ nghiïåm hêëp dêîn vaâo nùm 1845 - öng duâng möåt daân
nhaåc keân àùåt trïn möåt toa xe lûãa mui trêìn phoáng nhanh qua vuâng
nöng thön Haâ Lan gêìn Utrecht laâm nguöìn êm thanh di àöång.
Doppler cho rùçng hiïåu ûáng cuãa öng coá thïí cùæt nghôa maâu sùæc khaác
nhau cuãa caác vò sao. AÁnh saáng cuãa caác vò sao chuyïín àöång rúâi xa
quaã àêët phaãi dõch chuyïín vïì phña nhûäng bûúác soáng daâi hún, vaâ do
aánh saáng àoã coá bûúác soáng daâi hún bûúác soáng trung bònh cuãa aánh
saáng thêëy àûúåc, nïn möåt ngöi sao nhû vêåy seä hiïån ra àoã hún bònh
thûúâng. Cuäng nhû vêåy, aánh saáng tûâ caác vò sao chuyïín àöång vïì phña
quaã àêët seä dõch chuyïín vïì phña bûúác soáng ngùæn hún, do àoá vò sao
àûúåc nhòn xanh hún bònh thûúâng.
Khöng lêu sau àoá Buys - Ballot vaâ möåt söë ngûúâi khaác àaä chó
ra rùçng hiïåu ûáng Doppler vïì cùn baãn khöng dñnh lñu gò àïën maâu
sùæc möåt ngöi sao - àuáng laâ aánh saáng xanh tûâ möåt ngöi sao ài xa
quaã àêët bõ dõch vïì phña àoã, nhûng àöìng thúâi möåt phêìn cuãa aánh
saáng tûã ngoaåi, thûúâng khöng thêëy àûúåc cuãa vò sao, laåi dõch chuyïín
vïì phña xanh cuãa phöí thêëy àûúåc, do àoá maâu sùæc toaân böå khöng thay
àöíi. Caác sao coá maâu sùæc khaác nhau chuã yïëu vò chuáng coá bïì mùåt
nhiïåt àöå khaác nhau.
Tuy nhiïn, hiïåu ûáng Doppler bùæt àêìu coá möåt têìm quan troång
to lúán trong thiïn vùn hoåc vaâo nùm 1868, khi noá àûúåc aáp duång cho
viïåc nghiïn cûáu nhûäng vaåch phöí caá biïåt. Nhiïìu nùm trûúác àoá nhaâ
quang hoåc Joseph Frauenhofer úã Muynkhen àaä phaát hiïån ra, trong
nhûäng nùm tûâ 1814 àïën 1815, rùçng khi aánh saáng mùåt trúâi ài qua
möåt khe heåp vaâ sau àoá ài qua möåt lùng kñnh thuãy tinh thò phöí maâu
sùæc hiïån ra coá haâng trùm vaåch töëi, möîi vaåch àïìu laâ hònh aãnh caái
khe heåp. (Möåt vaâi vaåch naây àaä àûúåc William Hyde Wollaston nhêån
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 18
thêëy trûúác àêëy nûäa kia, nùm 1802, nhûng luác àoá khöng àûúåc
nghiïn cûáu kyä lûúäng). Caác vaåch töëi luön luön àûúåc thêëy taåi caác
mêìu sùæc cöë àõnh. Nhûäng vaåch phöí töëi naây cuäng àûúåc Frauenhofer
tòm thêëy úã nhûäng võ trñ nhû vêåy trïn quang phöí cuãa mùåt trùng vaâ
caác sao saáng hún. Ngûúâi ta hiïíu khaá súám rùçng nhûäng vaåch töëi naây
àûúåc taåo ra búãi sûå hêëp thuå choån loåc aánh saáng coá nhûäng bûúác soáng
xaác àõnh naâo àoá, khi aánh saáng ài tûâ bïì mùåt noáng cuãa möåt vò sao
qua khñ quyïín bïn ngoaâi laånh hún cuãa noá. Möîi möåt vaåch laâ do sûå
hêëp thuå aánh saáng cuãa möåt nguyïn töë hoáa hoåc xaác àõnh, nhû vêåy
ngûúâi ta coá thïí biïët rùçng caác nguyïn töë trïn mùåt trúâi nhû natri,
sùæt, magie, canxi vaâ crom cuäng laâ nhûäng nguyïn töë tòm thêëy trïn
quaã àêët. (Hiïån nay chuáng ta biïët rùçng bûúác soáng cuãa caác vaåch töëi
àuáng laâ nhûäng bûúác soáng maâ möåt photon coá bûúác soáng àoá seä coá
àuáng nùng lûúång àuã àïí nêng nguyïn tûã tûâ traång thaái nùng lûúång
thêëp nhêët lïn möåt trong nhûäng traång thaái kñch thñch cuãa noá).
Nùm 1868 William Huggins àaä coá thïí chó ra rùçng caác vaåch
töëi trïn phöí cuãa möåt vaâi vò sao saáng choái hún húi dõch chuyïín vïì
phña àoã hoùåc phña xanh so vúái võ trñ bònh thûúâng cuãa chuáng trïn
phöí cuãa mùåt trúâi. Öng àaä giaãi thñch àuáng àùæn sûå kiïån naây nhû sûå
dõch chuyïín Doppler do sûå chuyïín àöång cuãa vò sao ra xa khoãi quaã
àêët hoùåc vïì phña quaã àêët gêy ra. Vñ duå, bûúác soáng cuãa möîi vaåch töëi
trïn phöí cuãa sao Capella daâi hún bûúác soáng cuãa vaåch töëi tûúng ûáng
trïn phöí mùåt trúâi 0,01 %. Sûå dõch chuyïín vïì phña àoã naây chûáng toã
Capella àang rúâi xa ta vúái möåt töëc àöå bùçng 0, 01 % töëc àöå aánh saáng
hoùåc 30 kilömet möîi giêy. Hiïåu ûáng Doppler àûúåc aáp duång trong
nhûäng thêåp niïn sau àoá àïí khaám phaá vêån töëc cuãa nhûäng tai lûãa
cuãa mùåt trúâi, cuãa caác sao àöi vaâ cuãa caác vaåch sao Thöí.
Pheáp ào caác vêån töëc bùçng quan saát caác dõch chuyïín Doppler
laâ möåt kyä thuêåt rêët chñnh xaác, búãi vò bûúác soáng cuãa caác vaåch phöí coá
thïí ào àûúåc vúái möåt àöå chñnh xaác cao; tòm nhûäng bûúác soáng cho
trong caác baãng söë vúái taám con söë coá yá nghôa khöng phaãi laâ chuyïån
hiïëm. Ngoaâi ra, kyä thuêåt naây vêîn giûä àûúåc àöå chñnh xaác duâ khoaãng
caách túái nguöìn saáng laâ bao nhiïu, miïîn laâ nguöìn àuã aánh saáng àïí coá
thïí nhêån ra caác vaåch phöí trïn bûác xaå cuãa bêìu trúâi ban àïm.
http://ebooks.vdcmedia.com
BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 19
Chñnh nhúâ sûã duång hiïåu ûáng Doppler maâ ta biïët nhûäng giaá
trõ àùåc trûng cuãa vêån töëc caác sao àaä nhùæc àïën úã àêìu chûúng naây.
Hiïåu ûáng Doppler cuäng cho ta caách tòm khoaãng caách àïën caác ngöi
sao gêìn; nïëu chuáng ta phoãng àoaán àûúåc möåt chuát gò àoá vïì hûúáng
chuyïín àöång cuãa möåt vò sao, thò dõch chuyïín Doppler cho ta vêån
töëc cuãa noá theo phûúng ngang cuäng nhû theo phûúng doåc àûúâng
nhòn cuãa chuáng ta, do àoá viïåc ào chuyïín àöång biïíu kiïën cuãa vò sao
ngang qua thiïn cêìu seä cho ta hay noá caách xa ta khoaãng bao nhiïu.
Nhûng hiïåu ûáng Doppler chó bùæt àêìu cho caác kïët quaã coá têìm quan
troång vïì mùåt vuä truå hoåc khi caác nhaâ thiïn vùn bùæt àêìu nghiïn cûáu
phöí cuãa nhûäng thiïn thïí úã xa hún caác vò sao thêëy àûúåc rêët nhiïìu.
Töi seä kïí möåt ñt vïì viïåc khaám phaá ra caác thiïn thïí àoá, röìi quay laåi
hiïåu ûáng Doppler.
Chuáng ta seä bùæt àêìu chûúng naây bùçng sûå nhòn ngûúåc lïn bêìu
trúâi àïm. Thïm vaâo mùåt trùng, haânh tinh vaâ caác vò sao, coân coá hai
loaåi thiïn thïí nhòn àûúåc khaác coân quan troång hún vïì mùåt vuä truå
hoåc maâ àaáng leä töi àaä phaãi nhùæc àïën.
Möåt trong hai thiïn thïí naây dïî thêëy vaâ saáng àïën mûác àöi khi
coân nhòn thêëy àûúåc trïn bêìu trúâi múâ saáng cuãa möåt thaânh phöë ban
àïm. Àoá laâ möåt daãi saáng vûún daâi thaânh möåt vaânh troân lúán bao
quanh bêìu trúâi vaâ tûâ nghòn xûa àaä àûúåc goåi laâ Ngên haâ. Nùm 1750
nhaâ chïë duång cuå ngûúâi Anh Thomas Wright cho ra möåt cuöën saách
xuêët sùæc, Thuyïët nguöìn göëc hay Giaã thuyïët múái vïì vuä truå, trong àoá
öng gúåi yá rùçng caác vò sao nùçm trong möåt phiïën deåt, “phiïën àaá maâi”,
coá bïì daây hûäu haån, nhûng vûún ra rêët xa theo moåi hûúáng cuãa bïì
mùåt phiïën. Hïå mùåt trúâi nùçm trong phiïën deåt naây, cho nïn tûå nhiïn
khi ta nhòn tûâ quaã àêët doåc theo mùåt phùèng phiïën ta thêëy saáng hún
khi nhòn theo bêët kyâ hûúáng naâo khaác. Àêy laâ caái ta goåi laâ Ngên haâ.
Thuyïët cuãa Wright àaä àûúåc xaác nhêån tûâ lêu. Hiïån nay ngûúâi
ta cho rùçng Ngên haâ laâ möåt caái àôa sao deåt coá àûúâng kñnh khoaãng
taám mûúi nghòn nùm aánh saáng vaâ chiïìu daây vaâo khoaãng saáu nghòn
nùm aánh saáng. Noá cuäng coá möåt quêìng sao hònh cêìu vúái baán kñnh
gêìn möåt trùm nghòn nùm aánh saáng. Töíng khöëi lûúång thûúâng àûúåc
http://ebooks.vdcmedia.com
Steven Weinberg 20
ûúác tñnh khoaãng 100 nghòn triïåu lêìn khöëi lûúång mùåt trúâi, nhûng
möåt söë nhaâ thiïn vùn cho rùçng quêìng sao múã röång coá thïí coá khöëi
lûúång lúán hún nhiïìu. Hïå mùåt trúâi úã caách têm cuãa àôa vaâo khoaãng
ba mûúi nghòn nùm aánh saáng vaâ húi “dõch vïì phña bùæc” mùåt phùèng
têm cuãa àôa. Àôa quay, vúái nhûäng töëc àöå àaåt túái khoaãng 250 km/s
vaâ chòa ra nhûäng nhaánh xoùæn öëc khöíng löì. Àaåi thïí, nïëu ra coá thïí
nhòn tûâ ngoaâi vaâo thò àoá seä laâ möåt quang caãnh vô àaåi! Toaân böå hïå
thöëng naây hiïån nay thûúâng àûúåc goåi laâ Thiïn haâ hoùåc, vúái möåt caách
nhòn röång hún, “thiïn haâ cuãa chuáng ta”.
Möåt neát khaác cuãa bêìu trúâi ban àïm, àaáng quan têm vïì mùåt
vuä truå hoåc, keám roä raâng hún nhiïìu so vúái ngên haâ. Trong choâm sao
Andromeda (Tiïn nûä) coá möåt àöëm múâ khöng dïî thêëy lùæm nhûng
cuäng nhòn thêëy roä trong àïm àeåp trúâi nïëu ta biïët cêìn tòm noá úã chöî
naâo. Taâi liïåu nhùæc àïën noá àêìu tiïn coá thïí laâ sûå ghi cheáp vïì noá
trong Saách vïì caác vò sao cöë àõnh, do nhaâ thiïn vùn Ba Tû
Abdurrahman Al - Sufi viïët nùm 964 trûúác Cöng nguyïn. Öng àaä
mö taã mö taã noá nhû möåt “àaám mêy nhoã”. Sau khi coá caác kñnh thiïn
vùn, ngûúâi ta àaä khaám phaá ra caâng ngaây caâng nhiïìu nhûäng thiïn
thïí röång lúán nhû vêåy vaâ caác nhaâ thiïn vùn caác thïë kyã 17 vaâ 18 àaä
thêëy caác thiïn thïí àoá trong khi ài tòm nhûäng thiïn thïí maâ hoå cho
laâ thûåc sûå hêëp dêîn, laâ caác sao chöíi. Àïí coá möåt danh muåc tiïån lúåi vïì
caác thiïn thïí khöng phaãi quan saát àïën khi tòm sao chöíi, nùm 1781
Charles Messier àaä xuêët baãn möåt catalö nöíi tiïëng, caác linh vên vaâ
caác chuâm sao. Cho àïën nay caác nhaâ thiïn vùn vêîn coân nhùæc àïën
103 thiïn thïí trong catalö àoá theo caác söë hiïåu Messier cuãa chuáng -
thñ duå tinh vên Tiïn nûä laâ M31, tinh vên con Cua (Crab) laâ M1,
v.v...
Ngay úã thúâi Messier, ngûúâi ta àaä roä rùçng caác thiïn thïí röång
lúán àoá khöng phaãi laâ nhû nhau. Vaâi caái roä raâng laâ nhûäng chuâm sao
nhû Nhoám thêët tinh (M45). Nhûäng caái khaác laâ nhûäng àaám mêy
khñ phaát saáng hònh thuâ khöng àïìu àùån, thûúâng coá mêìu sùæc, vaâ
thûúâng liïn kïët vúái möåt hoùåc vaâi vò sao, nhû Àaåi tinh vên trong
choâm Thêìn nöng (M42). Ngaây nay chuáng ta biïët rùçng nhûäng vêåt
thïí thuöåc caã hai loaåi àoá àïìu úã trong thiïn haâ cuãa chuáng ta, vaâ
chuáng ta khöng cêìn àïí yá àïën chuáng nhiïìu hún nûäa úã àêy. Tuy
http://ebooks.vdcmedia.com
